Σχεδιασμός διεργασιών και τεχνο-οικονομική μελέτη δέσμευσης, αποθήκευσης και αξιοποίησης CO2 από βιομηχανίες παραγωγής τσιμέντου για παραγωγή μεθανόλης

Σίσκος, Χριστόφορος; Siskos, Christoforos

dc.contributor.author	Σίσκος, Χριστόφορος	el
dc.contributor.author	Siskos, Christoforos	en
dc.date.accessioned	2024-05-13T06:57:39Z
dc.date.available	2024-05-13T06:57:39Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59316
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27012
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Σχεδιασμός διεργασιών	el
dc.subject	Τεχνο-οικονομική ανάλυση	el
dc.subject	Περιβαλλοντική απόδοση	el
dc.subject	Δέσμευση CO2 με διαλύτη MEA	el
dc.subject	Παραγωγή μεθανόλης	el
dc.subject	Process design	en
dc.subject	Techno-economical analysis	en
dc.subject	Enviromental performance	en
dc.subject	CO2 capture with MEA solvent	en
dc.subject	Methanol production	en
dc.subject	Μείωση εκπομπών CO2 βιομηχανίας τσιμέντου	el
dc.subject	CO2 emissions reduction from cement industry	en
dc.title	Σχεδιασμός διεργασιών και τεχνο-οικονομική μελέτη δέσμευσης, αποθήκευσης και αξιοποίησης CO2 από βιομηχανίες παραγωγής τσιμέντου για παραγωγή μεθανόλης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Δέσμευση και αξιοποίηση διοξειδίου του άνθρακα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-09-28
heal.abstract	Η υπερθέρμανση του πλανήτη λόγω της συσσώρευσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα από ανθρωπογενείς δραστηριότητες συνιστά ένα μείζον περιβαλλοντικό ζήτημα που χρήζει άμεσης αντιμετώπισης. Με τη βιομηχανία τσιμέντου να είναι υπεύθυνη για το 8% των παγκόσμιων εκπομπών CO2, απόπειρες μετριασμού των εκλυόμενων εκπομπών είναι απαραίτητες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, με τη χρήση του λογισμικού Aspen Plus V11, σχεδιάστηκαν δύο μονάδες: η πρώτη περιλαμβάνει την δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα από τα απαέρια παραγωγής τσιμέντου με διαλύτη μονοαιθανολαμίνης (ΜΕΑ) και η δεύτερη περιέχει τη μετέπειτα αξιοποίηση του δεσμευθέντος CO2 προς παραγωγή μεθανόλης μέσω άμεσης καταλυτικής υδρογόνωσης. Αφού σχεδιάστηκαν οι δύο μονάδες, πραγματοποιήθηκε μία τεχνο-οικονομική μελέτη καθώς και υπολογισμός του αποτυπώματος άνθρακα για διαφορετικά σενάρια (process alternatives). Οπότε, αρχικά διαστασιολογήθηκε και κοστολογήθηκε ο βασικός μηχανολογικός εξοπλισμός της καθεμίας διεργασίας για δυναμικότητες εργοστασίων 626606 t CO2/y και 444568 t μεθανόλης/y και στη συνέχεια υπολογίστηκε η συνολική πάγια επένδυση που αντιστοιχεί σε 146 Μ€ για τη διεργασία δέσμευσης του CO2 και σε 390 Μ€ για τη συνολική διεργασία δέσμευσης και αξιοποίησης προς παραγωγή μεθανόλης. Αντίστοιχα, τα συνολικά κόστη παραγωγής (TPC) ανέρχονται στα 194 €/t δεσμευθέντος CO2 και σε 2087 €/t παραγόμενης μεθανόλης. Μετά από αξιολόγηση του επενδυτικού σχεδίου για την κατασκευή και τη λειτουργία των δύο εργοστασίων, προκύπτει ότι η διεργασία δέσμευσης θα ήταν οριακά συμφέρουσα για φόρο άνθρακα 167 €/t CO2, ενώ η συνολική μονάδα για 1155 €/t CO2. Αναλύοντας τα hot spots των δύο διεργασιών παρατηρήθηκε ότι την μεγαλύτερη συμβολή τόσο στο TPC όσο και στις ετήσιες χρηματοροές την έχουν με φθίνουσα σειρά σημαντικότητας η τροφοδοσία πράσινου υδρογόνου, το πάγιο κόστος του εξοπλισμού, το μέσο κόστος ατμού και η κατανάλωση ηλεκτρισμού. Για αυτό το λόγο πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας αλλάζοντας στρατηγικά τις τιμές του υδρογόνου και του πάγιου κόστους και αξιολογήθηκε εκ νέου η επένδυση. Σε ένα «ιδανικό» σενάριο όπου το υδρογόνο στοιχίζει 2 $/kg και το πάγιο κόστος του εξοπλισμού κοστίζει 30% λιγότερο, το συνολικό κόστος παραγωγής μειώθηκε κατά 54.8%, φτάνοντας τα 943 €/t παραγόμενης μεθανόλης, ενώ ο ελάχιστος φόρος άνθρακα που θα καθιστούσε οριακά συμφέρουσα την επένδυση κατασκευής ενός τέτοιου εργοστασίου ισούται με 387 €/t CO2. Επιπρόσθετα, με το λογισμικό SimaPro 9 υπολογίστηκε το αποτύπωμα άνθρακα των 2 μονάδων και έγινε σύγκριση με το αποτύπωμα άνθρακα του σεναρίου «Δεν Κάνω Τίποτα», σημειώνοντας μείωση κατά 45.2% για το σενάριο με δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα και 62.7% για το σενάριο με δέσμευση και αξιοποίηση του διοξειδίου του άνθρακα. Παρόλο που δεν είναι συμφέρουσες προσεχώς από οικονομικής σκοπιάς, οι εξεταζόμενες τεχνολογίες είναι σαφώς καλύτερες περιβαλλοντικά από την υπάρχουσα κατάσταση χωρίς αυτές.	el
heal.abstract	Global warming due to carbon dioxide accumulation in the atmosphere from human activities stands as a major environmental concern that needs to be addressed. With the cement industry responsible for 8% of global emissions, efforts to mitigate them are necessary. In the present diploma thesis, with the use of Aspen Plus V11 software, based on available process designs, 2 units were designed: the former for the carbon dioxide capture from cement production flue gases with monoethanolamine (MEA) solvent and the latter for the utilization of captured CO2 for methanol production through direct hydrogenation thereafter. Following that, a techno-economical study was conducted, along with the calculation of the carbon footprint for different process alternatives. With the fundamental mechanical equipment sized and costed, the total capital expenditure for unit capacities of 626606 t CO2/y and 444568 t methanol/y was calculated, which equals to 146 Μ€ for the capture process and 390 M€ for the total capture and utilization process to methanol production, while the total production costs amount to 194 €/t CO2 captured and 2087 €/t methanol produced respectively. After the evaluation of an investment plan for construction and operation, it is concluded that the capture process would be marginally profitable for a carbon tax of 167 €/t of CO2, while the total process for 1155 €/t CO2. Through analyzing the hot spots of these 2 process it was show that the biggest contribution, both to the total product cost and annual cash flows, in order of most to least importance, are the green hydrogen feed, the fixed capital investment, the mean cost of steam and the consumption of electricity. Due to this observation, a sensitivity analysis was made by strategic alterations of the cost of hydrogen and fixed capital investment and the investment was re-evaluated. In an “ideal” scenario where hydrogen costs 2 $/kg and the fixed capital investment costs 30% less, the total production cost was reduced by 54.8%, reaching 943 €/t methanol produced, while the minimum carbon tax for a marginally acceptable investment was calculated to be 387 €/t CO2. Furthermore, by using SimaPro 9 software, the carbon footprint of these 2 units was calculated and compared with the carbon footprint of the “Do Nothing” scenario, with it being reduced by 45.2% for the carbon capture scenario and 62.7% for the carbon capture and utilization scenario. Even though they are not economically profitable now, the evaluated technologies are clearly superior from an environmental standpoint compared to the present situation without them.	en
heal.advisorName	Βλυσίδης, Ανέστης	el
heal.committeeMemberName	Καραογλάνογλου, Λάζαρος	el
heal.committeeMemberName	Κοκόσης, Αντώνης
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	124 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false